[发明专利]一种高灵敏度的双端对谐振式声表面波检测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种声表面波检测器，特别涉及一种用于传感器的高灵敏度的双端对谐振式声表面波检测器。

背景技术

声表面波(SAW)检测器作为声表面波振荡器的频率控制元件，其性能直接影响振荡器的频率稳定度。根据声表面波振荡器的频率稳定性原理，声表面波检测器的品质因子(Q值)及插入损耗大小直接影响到振荡器的短期频率稳定度，Q值越高、插入损耗越低，则振荡器的短期频率稳定度越高，而声表面波振荡器的频率稳定度直接影响SAW气体传感器的检测下限和敏感度。通常声表面波检测器的器件结构大致有两种，一种是SAW延迟线，另外一种是SAW谐振器。对于延迟线结构而言，容易提供较大的区域用于涂敷敏感膜，但是这种结构的器件损耗较大，间接影响振荡器的频率稳定度；SAW谐振器具有高品质因子和低损耗的特点，由它作为频控元件组成的振荡器容易起振，但谐振器很难提供敏感膜成膜所需要的区域，对于不需制作化学膜的传感终端，具有较大优势。本发明涉及的正是一种应用于不需制作化学膜的传感器的双端对谐振式结构声表面波检测器，以下简称双端对谐振器。

在双端对谐振器中，由于采用谐振结构，在换能器的两端放置反射栅阵，形成谐振腔，声波被限制在谐振腔中，双向损耗极小，因此可获得很低的插入损耗，有利于提高振荡器的频率稳定性。但是，现有技术为了增加谐振器 的敏感区域，将谐振器的叉指换能器之间的间距设置较宽(大于十个波长)，因此导致谐振腔较长，这样谐振腔中能量分布区域大，不够集中。在对微量待测物进行检测时，待测物主要分布在谐振器敏感区域的中心，而现有的长谐振腔的能量分布特点，使得能量不能集中在谐振器中心，导致中心区域的敏感度不够高，难以对微量待测物准确检测。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有技术存在的上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种双端对谐振式声表面波检测器，包括制作在基片上的的双端对谐振器，在基片上设置有第二叉指换能器，在第二叉指换能器的两侧分别设置第一叉指换能器和第三叉指换能器，第二叉指换能器和第一叉指换能器形成间隔，第二叉指换能器和第三叉指换能器形成间隔；在第一叉指换能器的另一侧设置有第一金属反射栅阵，在第三叉指换能器的另一侧设置有第二金属反射栅阵。

第一叉指换能器、第二叉指换能器和第三叉指换能器的同步频率相同。

第二叉指换能器和第一叉指换能器形成的间隔与第二叉指换能器和第三叉指换能器形成的间隔相等，且为第一叉指换能器的波长、第二叉指换能器的波长或第三叉指换能器的波长的0-3.5倍，其中，同步频率与波长的关系为：v＝λ×f，式中v为材料中的声速、f为同步频率以及λ为波长。

优选地，第一叉指换能器、第二叉指换能器、第三叉指换能器、第一金属反射栅阵、第二金属反射栅阵的金属化比相等，金属化比为0.1-0.6。

第一金属反射栅阵和第二叉指换能器形成间隔，第二金属反射栅阵与第 三叉指换能器形成间隔；优选地，第一金属反射栅阵和第二叉指换能器形成的间隔与第二金属反射栅阵与第三叉指换能器形成的间隔相等，且为第一叉指换能器的波长、第二叉指换能器的波长或第三叉指换能器的波长的0.25-2.5倍。

优选地，基片为36° YX-LiTaO₃基片、42° YX-LiTaO₃基片、ST-X石英基片、64° YX-LiNbO₃基片和41° YX-LiNbO₃基片中的一种。

优选地，第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵的同步频率相同。

优选地，第一叉指换能器、第二叉指换能器或第三叉指换能器的同步频率是第一金属反射栅阵或第二金属反射栅阵的同步频率的0.95-1.05倍。

优选地，第一叉指换能器、第二叉指换能器、第三叉指换能器、第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵不加权。

上述声表面波检测器的频率响应曲线中两个纵向模式的能量幅度差距＞10dB，Q值＞2000，插入损耗＜6dB。

本发明实施例提供的双端对谐振式声表面波检测器缩短了叉指换能器之间的间距，优化了叉指换能器和金属反射栅阵的金属化比，缩短了谐振腔，使谐振器的能量更加集中，提高了声表面波检测器的检测灵敏度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的三换能器结构双端对谐振器的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的三换能器结构双端对谐振器的频率响应曲线。

图3为已有的三换能器结构双端对谐振器的频率响应曲线。